[논문]정밀 토크 제어를 위한 SMPM 전동기의 약자속 영역에서 자기 돌극성 추정

장주영; 최찬희; 석줄기

doi:10.5207/jieie.2009.23.8.067

정밀 토크 제어를 위한 SMPM 전동기의 약자속 영역에서 자기 돌극성 추정
Magnetic Saliency Estimation of SMPM Motor for Precise Torque Control using State-Filter in Flux-Weakening Operation 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.8, 2009년, pp.67 - 73

장주영 (영남대학교 전기공학과) , 최찬희 (영남대학교 전기공학과) , 석줄기 (영남대학교 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 고속에서 토크 제어 시 표면 부착형 전동기에 발생되는 자기 포화 현상으로 인한 돌극 현상을 분석하고 해석한다. 인덕턴스 추정을 위한 State-Filter를 고안하여 d축과 q축의 임피던스를 추정하며 추정된 d축과 q축의 임피던스 차이로 자기 포화로 인한 돌극성이 존재한다는 것을 증명한다. 또한, 약자속 영역에서 토크 제어를 수행함에 있어서 돌극성 효과를 고려한 전류제어 방법을 제안한다. 릴럭턴스 토크를 가지는 전동기 모델을 기반으로 하여 제안된 제어기는 전류 제한원에서 토크 곡선을 따라 d축과 q축의 전류를 조절한다. 제안된 전류제어의 타당성을 증명하기 위해 600[W] 상용 SMPM 전동기를 대상으로 실험을 수행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The magnetic saliency effect in surface-mounted permanent-magnet (SMPM) motors on the torque control at high speeds is first presented and analyzed in this paper. The d- and q- axes impedance are measured by proposed State-Filter. Measurement of the d- and q- axes impedance difference is performed to prove the existence of the magnetic saliency. Then, the saliency effects on the torque control performance in the flux weakening region are discussed. Based on the developed motor modeling with the reluctance torque, the proposed control adjusts the d- and q-axis current toward the operating point to track the commanded torque. The feasibility of the presented idea is verified by experimental results on a commercial 600[W] SMPM motor.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 State-Filter를 이용한 d-q 축 임피던스 추정을 통하여 비 돌 극성 SMPM 모터의 자기 돌 극성을 분석하였고 릴럭턴스 토크 항을 포함한 토 크 모델을 기반으로 고속에서의 정밀 토크 방법을 제안하였다. 그리고 제안된 방법의 타당성을 입증하기 위하여 600WSMPM 전동기를 이용하여 실험을 수행하였다.

제안 방법

본 논문에서는 State-Filter를 이용한 d-q 축 임피던스 추정을 통하여 비 돌 극성 SMPM 모터의 자기 돌 극성을 분석하였고 릴럭턴스 토크 항을 포함한 토 크 모델을 기반으로 고속에서의 정밀 토크 방법을 제안하였다. 그리고 제안된 방법의 타당성을 입증하기 위하여 600WSMPM 전동기를 이용하여 실험을 수행하였다.
SMFM 전동기의 디자인에 따라 血, 는 양의 값을 가질 수도 있고[5-6] 음의 값을 가질 수도 있대 3-4丄 식 (9) 에서 业, 에 의해 부가적으로 릴럭턴스 토크 항이 발생하며 也은 d-q 축 전류가 “0”이 아닌 구간에서 계산되어져야 함을 알 수 있다. 따라서 자기 포화에 따른 인덕턴스 차에 의해 발생되는 릴럭턴스 토크가 토크 제어에 미치는 영향을 IPM 전동기 모델을 이용해 분석하도록 한다.
본 논문에서는 고속에서 토크 제어 시 SMPM 전 동기에 발생되는 자기 돌 극성을 분석하고 해석하였다 State-Filter를 이용하여 임피던스를 추정하였으며 추정된 d 축과 q-축의 임피던스 차이로 자기 포화 로 인한 돌 극성이 존재한다는 것을 확인하였다. 또 한 릴럭턴스 토크를 가지는 전동기 모델을 기반으로 하여 약자 속 영역에서 토크 제어를 수행함에 있어서 돌 극성 효과를 고려한 전류제어 방법을 제안하였다. 제안된 제어기는 전류 제한 원에서 토크 곡선을 따라 d-q 축 전류가 조절되며 발생된 전류지령은 복잡한 look-up 테이블을 필요로 하지 않는다.
본 논문에서는 고속에서 토크 제어 시 SMPM 전 동기에 발생되는 자기 돌 극성을 분석하고 해석하였다 State-Filter를 이용하여 임피던스를 추정하였으며 추정된 d 축과 q-축의 임피던스 차이로 자기 포화 로 인한 돌 극성이 존재한다는 것을 확인하였다. 또 한 릴럭턴스 토크를 가지는 전동기 모델을 기반으로 하여 약자 속 영역에서 토크 제어를 수행함에 있어서 돌 극성 효과를 고려한 전류제어 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 기존의 위치 추정에 사용되었던 State-filter[ll]를 기반으로 하여 임피던스 측정을 위한 구조로 새롭게 구성하였다.
또 한 릴럭턴스 토크를 가지는 전동기 모델을 기반으로 하여 약자 속 영역에서 토크 제어를 수행함에 있어서 돌 극성 효과를 고려한 전류제어 방법을 제안하였다. 제안된 제어기는 전류 제한 원에서 토크 곡선을 따라 d-q 축 전류가 조절되며 발생된 전류지령은 복잡한 look-up 테이블을 필요로 하지 않는다. SMPM 전동기와 상용 서보 드라이브를 이용한 실험을 통하여 제안된 토크 제어 방식의 유용함을 증명하였다.

성능/효과

제안된 제어기는 전류 제한 원에서 토크 곡선을 따라 d-q 축 전류가 조절되며 발생된 전류지령은 복잡한 look-up 테이블을 필요로 하지 않는다. SMPM 전동기와 상용 서보 드라이브를 이용한 실험을 통하여 제안된 토크 제어 방식의 유용함을 증명하였다.
그림 8은 제안된 방법을 이용한 동일 실험에 대한 결과를 보여주고 있다. 인덕턴스 추정에 따라 약자 속 영역에서의 전류 지령이 변동되었음을 확인할 수 있고 제안된 방법에 의해 복잡한 look-up 테이블 없이 일정 토크 제어가 원활히 이루어짐을 알 수 있다.

참고문헌 (11)

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H. B. Kim, M. C. Harke, R. D. Lorenz "Sensorless Control of Interior Permanent-Magnet Machine Drives With Zero-Phase Lag Position Estimation". IEEE Trans.Ind. Appl., vol. 39, No.6, pp. 1726-1733, Nov./Dec. 2003

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